科学家展示石墨烯兆赫兹探测器,更精準的宇宙 3D 成像不是梦

浏览量:240 2020-07-27 点赞:510

科学家展示石墨烯兆赫兹探测器,更精準的宇宙 3D 成像不是梦

兆赫兹技术是全世界都在引颈关注的新科技之一,然而除了超导体以外,很少再有材料能应用在兆赫兹(THz)太空探测器上。而最近,瑞典查尔摩斯工学院的科学家展示了一种新的石墨烯探测器,证明石墨烯也可以成为下一代太空望远镜的革命性材料,比如应用在超灵敏感测器中。

兆赫辐射(兆赫兹、THz 波)与传统光源有别,是一种具有许多独特优点的全新辐射源,为频率介于 0.3~3THz 的电磁波,波长则约 0.1~1mm,介于微波与红外光之间。兆赫辐射穿透性强,能够穿透衣服、聚乙烯,聚酯等各种类型的防护罩,一个关键特徵就是许多阻挡可见光和红外光的材料,会在兆赫兹频率範围内变得透明。

兆赫辐射还很安全,比起过量 X 射线可能造成人体损害,兆赫辐射虽然能穿透衣服和塑胶,但对所有生物体都无害,所以拥有一定的技术优势,几乎可能在未来改变科学界的游戏规则,比如医学成像、远距离安全检查、数据传输(比如功能更强大的无线设备)、兆赫兹无损检测等领域。

然而过去除了超导体外,很少有其他材料能胜任应用于天文领域的超灵敏兆赫兹探测器,导致许多探测任务无法有突破性进展。而最近,瑞典查尔摩斯工学院科学家终于展示出成功的石墨烯兆赫兹探测器。

我们知道石墨烯即使在电子匮乏的环境下依然是优秀的电/热导体,而团队研究结果表明,当掺杂狄拉克点(Dirac point)时,石墨烯会成为兆赫兹外差检测(heterodyne detection)非常好的材料。

研究人员以石墨烯感测器组合或混合两个讯号:一个讯号是高强度的兆赫兹波,来自本地震荡器(local oscillator),另一个是微弱的兆赫兹讯号,模仿来自太空的电磁波,感测器混合这些讯号后以更低的千兆赫兹(GHz)频率输出波,接着就能用标準的千兆赫电子元件进行分析。

此外,石墨烯兆赫兹探测器的另一个重要成就,是本地振荡器所需功率极低,比超导体还低几个数量级,这可以打造量子限制的兆赫兹干涉探测器阵列,打开宇宙 3D 成像领域的大门。

新论文发表在《自然天文学》期刊。

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